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AR Categoria: Test di tribologia
Valutazione dell'usura da sfregamento
VALUTAZIONE DELL'USURA DA FRETTING
Autore:
Duanjie Li, PhD
Revisionato da
Jocelyn Esparza
INTRODUZIONE
Il fretting è "uno speciale processo di usura che si verifica nell'area di contatto tra due materiali sotto carico e soggetti a un minimo movimento relativo a causa di vibrazioni o di altre forze". Quando le macchine sono in funzione, le vibrazioni si verificano inevitabilmente nelle giunzioni imbullonate o fissate, tra componenti che non sono destinati a muoversi e in accoppiamenti e cuscinetti oscillanti. L'ampiezza di questi movimenti di scorrimento relativo è spesso dell'ordine dei micrometri o dei millimetri. Questo movimento ripetitivo a bassa ampiezza causa una grave usura meccanica localizzata e il trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura al suo danneggiamento.
Importanza del metodo quantitativo
Valutazione dell'usura da sfregamento
L'usura da sfregamento spesso coinvolge diversi meccanismi di usura complessi che hanno luogo sulla superficie di contatto, tra cui l'abrasione a due corpi, l'adesione e/o l'usura da fatica da sfregamento. Per comprendere il meccanismo dell'usura da sfregamento e selezionare il materiale migliore per la protezione dall'usura da sfregamento, è necessaria una valutazione affidabile e quantitativa dell'usura da sfregamento. Il comportamento all'usura da sfregamento è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come l'ampiezza dello spostamento, il carico normale, la corrosione, la temperatura, l'umidità e la lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura da sfregamento.
Steven R. Lampman, Manuale ASM: Volume 19: Fatica e frattura
http://www.machinerylubrication.com/Read/693/fretting-wear
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio abbiamo valutato il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 a diverse velocità di oscillazione e temperature per mostrare la capacità di NANOVEA T50 Il tribometro simula il processo di usura da fretting del metallo in modo controllato e monitorato.
NANOVEA
T50
CONDIZIONI DI PROVA
La resistenza all'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 è stata valutata da NANOVEA Tribometro con modulo di usura lineare a rotazione. Come materiale di contrasto è stata utilizzata una sfera di WC (diametro 6 mm). La traccia di usura è stata esaminata utilizzando un NANOVEA Profilatore 3D senza contatto.
La prova di fretting è stata eseguita a temperatura ambiente (RT) e a 200 °C per studiare l'effetto dell'alta temperatura sulla resistenza all'usura da fretting del campione SS304. Una piastra riscaldante sullo stadio del campione ha riscaldato il campione durante la prova di fretting a 200 °C. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.
Si noti che in questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera di WC come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forme e finiture superficiali diverse utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione applicativa reale.
PARAMETRI DEL TEST
delle misure di usura
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il profilo 3D della pista d'usura consente di determinare direttamente e con precisione la perdita di volume della pista d'usura calcolata con il metodo del NANOVEA Software di analisi delle montagne.
Il test di usura reciproca a bassa velocità di 100 giri/min e a temperatura ambiente mostra una piccola traccia di usura di 0,014 mm.³. In confronto, il test di usura da fretting eseguito ad una velocità elevata di 1000 giri/min crea una traccia di usura sostanzialmente più grande, con un volume di 0,12 mm.³Questo processo di usura accelerata può essere attribuito all'elevato calore e alle intense vibrazioni generate durante la prova di usura per fretting, che favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici e provocano una forte abrasione a tre corpi. Il test di usura per fretting ad una temperatura elevata di 200 °C forma una traccia di usura più grande di 0,27 mm³.
Il test di usura da fretting a 1000 giri/min ha un tasso di usura di 1,5×10-4 mm³/Nm, che è quasi nove volte superiore a quello della prova di usura alternata a 100 giri/min. Il test di usura per fretting a una temperatura elevata accelera ulteriormente il tasso di usura a 3,4×10-4 mm³/Nm. Una differenza così significativa nella resistenza all'usura misurata a velocità e temperature diverse dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da fretting per applicazioni realistiche.
Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono nel tribosistema piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del NANOVEA Il tribometro consente di misurare l'usura in diverse condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente agli utenti di eseguire il test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura da fretting in diverse condizioni tribologiche.
Tracce di usura da sfregamento in varie condizioni
al microscopio ottico
PROFILI 3D DEI TRACCIATI D'USURA
fornire maggiori informazioni sulla comprensione dei fondamenti
del meccanismo di usura da fretting
RIEPILOGO DEI RISULTATI DELLE TRACCE DI USURA
misurata con diversi parametri di prova
CONCLUSIONE
In questo studio, abbiamo dimostrato la capacità della NANOVEA Tribometro per valutare il comportamento dell'usura da fretting di un campione di acciaio inossidabile SS304 in modo ben controllato e quantitativo.
La velocità e la temperatura del test giocano un ruolo fondamentale nella resistenza all'usura da fretting dei materiali. L'elevato calore e le intense vibrazioni durante il fretting hanno determinato un'usura sostanzialmente accelerata del campione SS304 di quasi nove volte. La temperatura elevata di 200 °C ha ulteriormente aumentato il tasso di usura a 3,4×10-4 mm3/Nm.
La versatilità del NANOVEA Il tribometro è uno strumento ideale per misurare l'usura da sfregamento in varie condizioni, tra cui alta temperatura, lubrificazione, corrosione e altre.
NANOVEA I tribometri offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La nostra gamma impareggiabile è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Cuscinetti a sfere: studio sulla resistenza all'usura ad alta forza
INTRODUZIONE
Un cuscinetto a sfere utilizza sfere per ridurre l'attrito rotazionale e supportare carichi radiali e assiali. Le sfere che rotolano tra le piste dei cuscinetti producono un coefficiente di attrito (COF) molto più basso rispetto a due superfici piane che scorrono l'una contro l'altra. I cuscinetti a sfere sono spesso esposti a livelli elevati di stress da contatto, usura e condizioni ambientali estreme come le alte temperature. Pertanto, la resistenza all'usura delle sfere sotto carichi elevati e condizioni ambientali estreme è fondamentale per prolungare la durata del cuscinetto a sfere e ridurre costi e tempi di riparazioni e sostituzioni.
I cuscinetti a sfere si trovano in quasi tutte le applicazioni che coinvolgono parti in movimento. Sono comunemente utilizzati nei settori dei trasporti come quello aerospaziale e automobilistico, nonché nell'industria dei giocattoli che produce articoli come fidget spinner e skateboard.
VALUTAZIONE DELL'USURA DEI CUSCINETTI A SFERE CON CARICHI ELEVATI
I cuscinetti a sfere possono essere realizzati da un ampio elenco di materiali. I materiali comunemente utilizzati vanno dai metalli come l'acciaio inossidabile e l'acciaio al cromo o dalla ceramica come il carburo di tungsteno (WC) e il nitruro di silicio (Si3n4). Per garantire che i cuscinetti a sfere prodotti possiedano la resistenza all'usura richiesta, ideale per le condizioni dell'applicazione data, sono necessarie valutazioni tribologiche affidabili sotto carichi elevati. I test tribologici aiutano a quantificare e confrontare i comportamenti di usura dei diversi cuscinetti a sfere in modo controllato e monitorato per selezionare il miglior candidato per l'applicazione mirata.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, mostriamo una Nanovea Tribometro come strumento ideale per confrontare la resistenza all'usura di diversi cuscinetti a sfere sottoposti a carichi elevati.
Figura 1: Impostazione della prova dei cuscinetti.
PROCEDURA DI PROVA
Il coefficiente di attrito, COF e la resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera realizzati in diversi materiali sono stati valutati mediante un tribometro Nanovea. Come materiale di supporto è stata utilizzata carta vetrata a grana P100. I segni di usura dei cuscinetti a sfera sono stati esaminati utilizzando a Nanovea Profiler 3D senza contatto al termine dei test di usura. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura, Kè stato valutato con la formula K=V/(F×s), dove V è il volume consumato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento. Le cicatrici da usura della palla sono state valutate da a Nanovea Profiler 3D senza contatto per garantire una misurazione precisa del volume di usura.
La funzione di posizionamento radiale motorizzato automatizzato consente al tribometro di diminuire il raggio della traccia di usura per la durata di una prova. Questa modalità di test è chiamata test a spirale e garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata (Figura 2). Migliora significativamente la ripetibilità del test di resistenza all'usura sulla sfera. L'encoder avanzato a 20 bit per il controllo della velocità interno e l'encoder a 16 bit per il controllo della posizione esterno forniscono informazioni precise su velocità e posizione in tempo reale, consentendo una regolazione continua della velocità di rotazione per ottenere una velocità di scorrimento lineare costante al contatto.
Si prega di notare che la carta vetrata a grana P100 è stata utilizzata per semplificare il comportamento di usura tra i vari materiali delle sfere in questo studio e può essere sostituita con qualsiasi altra superficie di materiale. Qualsiasi materiale solido può essere sostituito per simulare le prestazioni di un'ampia gamma di accoppiamenti di materiali in condizioni applicative reali, ad esempio in liquidi o lubrificanti.
Figura 2: Illustrazione dei passaggi a spirale del cuscinetto a sfera sulla carta vetrata.
Tabella 1: parametri di prova delle misurazioni dell'usura.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il tasso di usura è un fattore vitale per determinare la durata di servizio del cuscinetto a sfere, mentre un COF basso è auspicabile per migliorare le prestazioni e l'efficienza del cuscinetto. La Figura 3 confronta l'evoluzione del COF per diversi cuscinetti a sfera rispetto alla carta vetrata durante i test. La sfera in acciaio al cromo mostra un COF aumentato di ~0,4 durante il test di usura, rispetto a ~0,32 e ~0,28 per i cuscinetti a sfera SS440 e Al2O3. D'altro canto, la sfera WC presenta un COF costante di ~0,2 durante tutto il test di usura. Durante ogni test è possibile osservare una variazione COF osservabile, attribuita alle vibrazioni causate dal movimento di scorrimento dei cuscinetti a sfera contro la superficie ruvida della carta vetrata.
Figura 3: Evoluzione del COF durante le prove di usura.
La Figura 4 e la Figura 5 confrontano le tracce di usura dei cuscinetti a sfera dopo che sono stati misurati rispettivamente con un microscopio ottico e un profilatore ottico Nanovea Non-Contact, e la Tabella 2 riassume i risultati dell'analisi della traccia di usura. Il profilatore Nanovea 3D determina con precisione il volume di usura dei cuscinetti a sfere, consentendo di calcolare e confrontare i tassi di usura di diversi cuscinetti a sfere. Si può osservare che le sfere in acciaio al cromo e SS440 mostrano segni di usura appiattiti molto più grandi rispetto alle sfere in ceramica, cioè Al2O3 e WC dopo i test di usura. Le sfere in acciaio al cromo e SS440 hanno tassi di usura comparabili rispettivamente di 3,7×10-3 e 3,2×10-3 m3/N m. In confronto, la sfera Al2O3 mostra una maggiore resistenza all'usura con un tasso di usura di 7,2×10-4 m3/N m. La sfera WC presenta appena piccoli graffi sulla zona di usura poco profonda, con un conseguente tasso di usura significativamente ridotto di 3,3×10-6 mm3/N m.
Figura 4: Usura dei cuscinetti a sfera dopo i test.
Figura 5: Morfologia 3D delle tracce di usura sui cuscinetti a sfere.
Tabella 2: Analisi dei segni di usura dei cuscinetti a sfera.
La Figura 6 mostra le immagini al microscopio delle tracce di usura prodotte sulla carta vetrata dai quattro cuscinetti a sfera. È evidente che la sfera WC ha prodotto la pista di usura più severa (rimuovendo quasi tutte le particelle di sabbia sul suo percorso) e possiede la migliore resistenza all'usura. In confronto, le sfere Cr Steel e SS440 hanno lasciato una grande quantità di detriti metallici sulla traccia di usura della carta vetrata.
Queste osservazioni dimostrano ulteriormente l’importanza del beneficio di un test a spirale. Garantisce che il cuscinetto a sfere scivoli sempre su una nuova superficie della carta vetrata, migliorando significativamente la ripetibilità di un test di resistenza all'usura.
Figura 6: tracce di usura sulla carta vetrata contro diversi cuscinetti a sfera.
CONCLUSIONE
La resistenza all'usura dei cuscinetti a sfera ad alta pressione gioca un ruolo fondamentale nelle loro prestazioni di servizio. I cuscinetti a sfere in ceramica possiedono una resistenza all'usura notevolmente migliorata in condizioni di stress elevato e riducono i tempi e i costi dovuti alla riparazione o alla sostituzione dei cuscinetti. In questo studio, il cuscinetto a sfere WC mostra una resistenza all'usura sostanzialmente più elevata rispetto ai cuscinetti in acciaio, rendendolo un candidato ideale per applicazioni di cuscinetti in cui si verifica un'usura grave.
Un tribometro Nanovea è progettato con capacità di coppia elevata per carichi fino a 2000 N e un motore preciso e controllato per velocità di rotazione da 0,01 a 15.000 giri/min. Offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura e lubrificazione ad alta temperatura disponibili in un unico sistema preintegrato. Questa gamma senza eguali consente agli utenti di simulare diversi ambienti di lavoro gravosi dei cuscinetti a sfere, tra cui stress elevato, usura e alta temperatura, ecc. Funziona anche come strumento ideale per valutare quantitativamente i comportamenti tribologici di materiali resistenti all'usura superiori sotto carichi elevati.
Un profilatore senza contatto 3D Nanovea fornisce misurazioni precise del volume di usura e funge da strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo ulteriori approfondimenti nella comprensione fondamentale dei meccanismi di usura.
Preparato da
Duanjie Li, PhD, Jonathan Thomas e Pierre Leroux
Test di usura del blocco sull'anello
IMPORTANZA DELLA VALUTAZIONE DELL'USURA DEL BLOCCO SULL'ANELLO
L'usura da scorrimento è la progressiva perdita di materiale che deriva dallo scorrimento di due materiali l'uno contro l'altro nell'area di contatto sotto carico. Si verifica inevitabilmente in un'ampia varietà di settori in cui sono in funzione macchine e motori, tra cui quello automobilistico, aerospaziale, petrolifero e del gas e molti altri. Tale movimento di scorrimento provoca una grave usura meccanica e un trasferimento di materiale sulla superficie, che può portare a una riduzione dell'efficienza produttiva, delle prestazioni della macchina o addirittura a un suo danneggiamento.
L'usura per scorrimento spesso coinvolge complessi meccanismi di usura che si verificano sulla superficie di contatto, come l'usura per adesione, l'abrasione a due corpi, l'abrasione a tre corpi e l'usura per fatica. Il comportamento all'usura dei materiali è influenzato in modo significativo dall'ambiente di lavoro, come carico normale, velocità, corrosione e lubrificazione. Un versatile tribometro in grado di simulare le diverse condizioni di lavoro realistiche sarà ideale per la valutazione dell'usura.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
Il test Block-on-Ring (ASTM G77) è una tecnica ampiamente utilizzata che valuta il comportamento di usura da scorrimento dei materiali in diverse condizioni simulate, consente una classificazione affidabile delle coppie di materiali per specifiche applicazioni tribologiche.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questa applicazione, il tester meccanico Nanovea misura l'YS e l'UTS di campioni di acciaio inossidabile SS304 e di lega di alluminio Al6061. I campioni sono stati scelti per i loro valori YS e UTS comunemente riconosciuti, che dimostrano l'affidabilità dei metodi di indentazione di Nanovea.
Il comportamento di usura da scorrimento di un blocco H-30 su un anello S-10 è stato valutato dal tribometro di Nanovea utilizzando il modulo Block-on-Ring. Il blocco H-30 è realizzato in acciaio per utensili 01 con durezza 30HRC, mentre l'anello S-10 è in acciaio tipo 4620 con durezza superficiale da 58 a 63 HRC e diametro dell'anello di ~34,98 mm. I test Block-on-Ring sono stati eseguiti in ambienti asciutti e lubrificati per studiare l'effetto sul comportamento all'usura. I test di lubrificazione sono stati eseguiti con olio minerale pesante USP. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura (K), è stato valutato utilizzando la formula K=V/(F×s), dove V è il volume usurato, F è il carico normale, s è la distanza di scorrimento.
RISULTATI E DISCUSSIONE
La Figura 2 confronta il coefficiente di attrito (COF) dei test Block-on-Ring in ambienti asciutti e lubrificati. Il blocco ha un attrito significativamente maggiore in un ambiente asciutto rispetto a un ambiente lubrificato. COF
fluttua durante il periodo di rodaggio nei primi 50 giri e raggiunge un COF costante di ~0,8 per il resto del test di usura a 200 giri. In confronto, il test Block-on-Ring eseguito nella lubrificazione con olio minerale pesante USP mostra un COF costantemente basso di 0,09 durante il test di usura di 500.000 giri. Il lubrificante riduce significativamente il COF tra le superfici di ~90 volte.
Le figure 3 e 4 mostrano le immagini ottiche e i profili 2D in sezione trasversale delle tracce di usura sui blocchi dopo i test di usura a secco e lubrificati. I volumi delle tracce di usura e i tassi di usura sono riportati nella Tabella 2. Il blocco d'acciaio dopo la prova di usura a secco a una velocità di rotazione inferiore di 72 giri/min per 200 giri mostra un grande volume di cicatrici da usura di 9,45 mm˙. In confronto, la prova di usura eseguita a una velocità superiore di 197 giri/min per 500.000 giri con il lubrificante a base di olio minerale crea un volume della pista di usura sostanzialmente inferiore, pari a 0,03 mm˙.
Le immagini in ÿgura 3 mostrano che durante i test a secco si verifica una grave usura rispetto a quella lieve del test di usura lubrificato. L'elevato calore e le intense vibrazioni generate durante la prova di usura a secco favoriscono l'ossidazione dei detriti metallici, provocando una grave abrasione a tre corpi. Nella prova con lubrificazione, l'olio minerale riduce l'attrito e raffredda la superficie di contatto, oltre a trasportare i detriti abrasivi creati durante l'usura. Ciò porta a una significativa riduzione del tasso di usura di un fattore pari a ~8×10ˆ. Una differenza così sostanziale nella resistenza all'usura in ambienti diversi dimostra l'importanza di una corretta simulazione dell'usura da scorrimento in condizioni di servizio realistiche.
Il comportamento all'usura può cambiare drasticamente quando si introducono piccole variazioni nelle condizioni di prova. La versatilità del tribometro Nanovea consente di misurare l'usura in condizioni di alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione. L'accurato controllo della velocità e della posizione da parte del motore avanzato consente di eseguire test di usura a velocità comprese tra 0,001 e 5000 giri/minuto, rendendolo uno strumento ideale per i laboratori di ricerca/test per studiare l'usura in condizioni tribologiche diverse.
Le condizioni superficiali dei campioni sono state esaminate con il proÿlometro ottico senza contatto di Nanovea. La Figura 5 mostra la morfologia superficiale degli anelli dopo i test di usura. La forma del cilindro è stata rimossa per presentare meglio la morfologia superficiale e la rugosità creata dal processo di usura per scorrimento. Durante la prova di usura a secco di 200 giri si è verificato un significativo irruvidimento della superficie a causa del processo di abrasione a tre corpi. Il blocco e l'anello dopo la prova di usura a secco presentano una rugosità Ra di 14,1 e 18,1 µm, rispettivamente, rispetto a 5,7 e 9,1 µm per la prova di usura lubrificata a lungo termine di 500.000 giri a una velocità superiore. Questo test dimostra l'importanza di una corretta lubrificazione del contatto pistone-cilindro. Una forte usura danneggia rapidamente la superficie di contatto senza lubrificazione e porta a un deterioramento irreversibile della qualità del servizio e persino alla rottura del motore.
CONCLUSIONE
In questo studio mostriamo come il tribometro di Nanovea viene utilizzato per valutare il comportamento di usura da scorrimento di una coppia acciaio-metallo utilizzando il modulo Block-on-Ring secondo lo standard ASTM G77. Il lubrificante gioca un ruolo critico nelle proprietà di usura della coppia di materiali. L'olio minerale riduce il tasso di usura del blocco H-30 di un fattore di ~8×10ˆ e il COF di ~90 volte. La versatilità del Tribometro di Nanovea lo rende uno strumento ideale per misurare il comportamento dell'usura in varie condizioni di lubrificazione, alta temperatura e tribocorrosione.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. L'impareggiabile gamma di Nanovea è una soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, pellicole e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Valutazione dell'usura e del graffio di fili di rame trattati superficialmente
Importanza della valutazione dell'usura e dei graffi dei fili di rame
Il rame ha una lunga storia di utilizzo nel cablaggio elettrico fin dall'invenzione dell'elettromagnete e del telegrafo. I fili di rame sono utilizzati in un'ampia gamma di apparecchiature elettroniche, come pannelli, contatori, computer, macchine commerciali ed elettrodomestici, grazie alla loro resistenza alla corrosione, alla saldabilità e alle prestazioni a temperature elevate, fino a 150°C. Circa la metà di tutto il rame estratto viene utilizzato per la produzione di conduttori di fili e cavi elettrici.
La qualità della superficie dei fili di rame è fondamentale per le prestazioni e la durata delle applicazioni. I micro difetti nei fili possono portare a un'usura eccessiva, all'innesco e alla propagazione di cricche, a una diminuzione della conduttività e a un'inadeguata saldabilità. Un adeguato trattamento superficiale dei fili di rame rimuove i difetti superficiali generati durante la trafilatura, migliorando la resistenza alla corrosione, ai graffi e all'usura. Molte applicazioni aerospaziali con fili di rame richiedono un comportamento controllato per evitare guasti imprevisti alle apparecchiature. Per valutare correttamente la resistenza all'usura e ai graffi della superficie del filo di rame sono necessarie misure quantificabili e affidabili.
Obiettivo di misurazione
In questa applicazione simuliamo un processo di usura controllata di diversi trattamenti superficiali del filo di rame. Test di graffiatura misura il carico necessario a causare la rottura dello strato superficiale trattato. Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro e Collaudatore meccanico come strumenti ideali per la valutazione e il controllo qualità dei cavi elettrici.
Procedura di test e procedure
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di due diversi trattamenti superficiali sui fili di rame (filo A e filo B) sono stati valutati dal tribometro Nanovea utilizzando un modulo di usura alternativo lineare. Una sfera Al₂O₃ (6 mm di diametro) è il contromateriale utilizzato in questa applicazione. La traccia di usura è stata esaminata utilizzando Nanovea Profilometro 3D senza contatto. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1.
In questo studio è stata utilizzata come esempio una sfera liscia di Al₂O₃ come materiale di contrasto. È possibile applicare qualsiasi materiale solido con forma e finitura superficiale diverse, utilizzando un dispositivo personalizzato per simulare la situazione di applicazione reale.
Il tester meccanico di Nanovea, dotato di uno stilo in diamante Rockwell C (raggio di 100 μm), ha eseguito prove di graffiatura a carico progressivo sui fili rivestiti utilizzando la modalità micrograffio. I parametri del test di graffiatura e la geometria della punta sono riportati nella Tabella 2.
Risultati e discussione
Usura del filo di rame:
La Figura 2 mostra l'evoluzione della COF dei fili di rame durante i test di usura. Il filo A mostra un COF stabile di ~0,4 per tutta la durata del test di usura, mentre il filo B presenta un COF di ~0,35 nei primi 100 giri e aumenta progressivamente fino a ~0,4.
La Figura 3 confronta le tracce di usura dei fili di rame dopo i test. Il profilometro 3D senza contatto di Nanovea ha offerto un'analisi superiore della morfologia dettagliata delle tracce di usura. Consente una determinazione diretta e accurata del volume delle tracce di usura, fornendo una comprensione fondamentale del meccanismo di usura. La superficie del filo B presenta danni significativi alle tracce di usura dopo un test di usura a 600 giri. La vista 3D del profilometro mostra che lo strato trattato in superficie del filo B è stato completamente rimosso, accelerando in modo sostanziale il processo di usura. Ciò ha lasciato una traccia di usura appiattita sul filo B dove è esposto il substrato di rame. Ciò può comportare una riduzione significativa della durata di vita delle apparecchiature elettriche in cui viene utilizzato il filo B. In confronto, il filo A presenta un'usura relativamente lieve, evidenziata da una traccia di usura poco profonda sulla superficie. Lo strato trattato in superficie sul filo A non si è rimosso come quello sul filo B nelle stesse condizioni.
Resistenza ai graffi della superficie del filo di rame:
La Figura 4 mostra le tracce di graffi sui fili dopo il test. Lo strato protettivo del filo A mostra un'ottima resistenza ai graffi. Si delamina a un carico di ~12,6 N. In confronto, lo strato protettivo del filo B si è rotto a un carico di ~1,0 N. Una differenza così significativa nella resistenza ai graffi di questi fili contribuisce alle loro prestazioni all'usura, dove il filo A possiede una resistenza all'usura sostanzialmente superiore. L'evoluzione della forza normale, della COF e della profondità durante i test di graffiatura mostrati nella Fig. 5 fornisce ulteriori informazioni sul cedimento del rivestimento durante i test.
Conclusione
In questo studio controllato abbiamo presentato il tribometro Nanovea che effettua una valutazione quantitativa della resistenza all'usura dei fili di rame trattati superficialmente e il tester meccanico Nanovea che fornisce una valutazione affidabile della resistenza ai graffi dei fili di rame. Il trattamento superficiale del filo gioca un ruolo fondamentale nelle proprietà tribomeccaniche durante la sua vita. Un trattamento superficiale adeguato del filo A ha migliorato significativamente la resistenza all'usura e ai graffi, fondamentale per le prestazioni e la durata dei fili elettrici in ambienti difficili.
Il tribometro di Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Tribologia del carico dinamico
Tribologia del carico dinamico
Introduzione
L'usura si verifica praticamente in ogni settore industriale e comporta costi pari a ~0,75% del PIL1. La ricerca tribologica è fondamentale per migliorare l'efficienza produttiva, le prestazioni delle applicazioni e la conservazione di materiali, energia e ambiente. Le vibrazioni e le oscillazioni si verificano inevitabilmente in un'ampia gamma di applicazioni tribologiche. Un'eccessiva vibrazione esterna accelera il processo di usura e riduce le prestazioni di servizio, portando a guasti catastrofici delle parti meccaniche.
I tribometri convenzionali a carico morto applicano carichi normali mediante pesi di massa. Questa tecnica di carico non solo limita le opzioni di carico a un carico costante, ma crea anche intense vibrazioni incontrollate a carichi e velocità elevati che portano a valutazioni limitate e incoerenti del comportamento all'usura. Una valutazione affidabile dell'effetto dell'oscillazione controllata sul comportamento all'usura dei materiali è auspicabile per la R&S e il controllo qualità in diverse applicazioni industriali.
L'innovativo carico elevato di Nanovea tribometro ha una capacità di carico massima di 2000 N con un sistema di controllo dinamico del carico. L'avanzato sistema di caricamento pneumatico dell'aria compressa consente agli utenti di valutare il comportamento tribologico di un materiale sotto carichi normali elevati con il vantaggio di smorzare le vibrazioni indesiderate create durante il processo di usura. Pertanto, il carico viene misurato direttamente senza la necessità di molle tampone utilizzate nei modelli più vecchi. Un modulo di carico oscillante con elettromagnete parallelo applica un'oscillazione ben controllata dell'ampiezza desiderata fino a 20 N e della frequenza fino a 150 Hz.
L'attrito viene misurato con elevata precisione direttamente dalla forza laterale applicata al supporto superiore. Lo spostamento viene monitorato in situ, fornendo informazioni sull'evoluzione del comportamento all'usura dei campioni di prova. Il test di usura con carico a oscillazione controllata può essere eseguito anche in ambienti di corrosione, alta temperatura, umidità e lubrificazione per simulare le reali condizioni di lavoro per le applicazioni tribologiche. Un integrato ad alta velocità profilometro senza contatto misura automaticamente la morfologia della traccia di usura e il volume di usura in pochi secondi.
Obiettivo di misurazione
In questo studio, mostriamo la capacità del tribometro a carico dinamico Nanovea T2000 di studiare il comportamento tribologico di diversi campioni di rivestimento e di metallo in condizioni di carico oscillante controllato.
Procedura di prova
Il comportamento tribologico, ad esempio il coefficiente di attrito, COF, e la resistenza all'usura di un rivestimento resistente all'usura di 300 µm di spessore è stato valutato e confrontato dal tribometro Nanovea T2000 con un tribometro convenzionale a carico morto, utilizzando una configurazione perno su disco conforme alla norma ASTM G992.
Campioni separati rivestiti di Cu e TiN contro una sfera di Al₂0₃ da 6 mm sotto oscillazione controllata sono stati valutati mediante la modalità tribologica a carico dinamico del tribometro Nanovea T2000.
I parametri del test sono riassunti nella Tabella 1.
Il profilometro 3D integrato, dotato di un sensore di linea, esegue automaticamente la scansione della pista di usura dopo i test, fornendo la misura più accurata del volume di usura in pochi secondi.
Risultati e discussione
Sistema di carico pneumatico vs. sistema a carico morto
Il comportamento tribologico di un rivestimento resistente all'usura utilizzando il tribometro Nanovea T2000 viene confrontato con un tribometro convenzionale a carico morto (DL). L'evoluzione del COF del rivestimento è illustrata nella Fig. 2. Si osserva che il rivestimento presenta un valore COF comparabile di ~0,6 durante il test di usura. Tuttavia, i 20 profili delle sezioni trasversali in diversi punti della pista di usura nella Fig. 3 indicano che il rivestimento ha subito un'usura molto più grave con il sistema a carico morto.
Le vibrazioni intense sono state generate dal processo di usura del sistema a carico morto a carico e velocità elevati. L'enorme pressione concentrata sulla superficie di contatto, combinata con un'elevata velocità di scorrimento, crea vibrazioni sostanziali del peso e della struttura che portano a un'usura accelerata. Il tribometro a carico morto convenzionale applica il carico utilizzando pesi di massa. Questo metodo è affidabile ai carichi di contatto più bassi e in condizioni di usura lievi; tuttavia, in condizioni di usura aggressiva a carichi e velocità più elevati, le vibrazioni significative fanno rimbalzare ripetutamente i pesi, dando luogo a una traccia di usura irregolare che causa una valutazione tribologica inaffidabile. Il tasso di usura calcolato è di 8,0±2,4 x 10-4 mm3/N m, con un tasso di usura elevato e un'ampia deviazione standard.
Il tribometro Nanovea T2000 è progettato con un sistema di carico a controllo dinamico per smorzare le oscillazioni. Il sistema applica il carico normale con aria compressa, riducendo al minimo le vibrazioni indesiderate che si creano durante il processo di usura. Inoltre, il controllo attivo del carico ad anello chiuso garantisce l'applicazione di un carico costante per tutta la durata del test di usura e lo stilo segue la variazione di profondità della traccia di usura. Come mostrato nella Fig. 3a, è stato misurato un profilo della traccia d'usura significativamente più coerente, che ha portato a un basso tasso di usura di 3,4±0,5 x 10-4 mm3/Nm.
L'analisi della traccia di usura mostrata nella Fig. 4 conferma che il test di usura eseguito con il sistema di caricamento pneumatico ad aria compressa del tribometro Nanovea T2000 crea una traccia di usura più uniforme e coerente rispetto al tribometro convenzionale a carico morto. Inoltre, il tribometro Nanovea T2000 misura lo spostamento dello stilo durante il processo di usura, fornendo ulteriori informazioni sull'andamento del comportamento dell'usura in situ.
Oscillazione controllata sull'usura del campione di Cu
Il modulo elettromagnetico a carico oscillante parallelo del tribometro Nanovea T2000 consente di studiare l'effetto delle oscillazioni di ampiezza e frequenza controllate sul comportamento all'usura dei materiali. La COF dei campioni di Cu è stata registrata in situ, come mostrato nella Fig. 6. Il campione di Cu mostra una COF costante. Il campione di Cu presenta una COF costante di ~0,3 durante la prima misurazione a 330 giri, a indicare la formazione di un contatto stabile all'interfaccia e di una pista di usura relativamente liscia. Con il proseguire della prova di usura, la variazione del COF indica un cambiamento nel meccanismo di usura. In confronto, le prove di usura sotto un'oscillazione di 5 N controllata in ampiezza a 50 N mostrano un comportamento diverso: il COF aumenta rapidamente all'inizio del processo di usura e mostra una variazione significativa per tutta la durata della prova. Questo comportamento del COF indica che l'oscillazione imposta nel carico normale gioca un ruolo nello stato di scorrimento instabile del contatto.
La Fig. 7 confronta la morfologia della traccia di usura misurata dal profilometro ottico integrato senza contatto. Si può osservare che il campione di Cu sottoposto a un'ampiezza di oscillazione controllata di 5 N presenta una traccia di usura molto più grande, con un volume di 1,35 x 109 µm3, rispetto a 5,03 x 108 µm3 in assenza di oscillazioni imposte. L'oscillazione controllata accelera significativamente il tasso di usura di un fattore pari a ~2,7, dimostrando l'effetto critico dell'oscillazione sul comportamento dell'usura.
Oscillazione controllata sull'usura del rivestimento TiN
La COF e le tracce di usura del campione con rivestimento in TiN sono mostrate nella Fig. 8. Il rivestimento TiN presenta comportamenti di usura significativamente diversi in condizioni di oscillazione, come indicato dall'evoluzione della COF durante le prove. Il rivestimento TiN mostra un COF costante di ~0,3 dopo il periodo di rodaggio all'inizio della prova di usura, a causa del contatto stabile di scorrimento all'interfaccia tra il rivestimento TiN e la sfera di Al₂O₃. Tuttavia, quando il rivestimento TiN inizia a cedere, la sfera di Al₂O₃ penetra attraverso il rivestimento e scivola contro il substrato di acciaio fresco sottostante. Contemporaneamente, nella pista di usura si genera una quantità significativa di detriti di rivestimento TiN duro, trasformando l'usura da scorrimento stabile a due corpi in usura da abrasione a tre corpi. Questo cambiamento delle caratteristiche di coppia del materiale porta a maggiori variazioni nell'evoluzione del COF. L'oscillazione imposta di 5 N e 10 N accelera il cedimento del rivestimento TiN da ~400 giri a meno di 100 giri. Le tracce di usura più grandi sui campioni di rivestimento TiN dopo le prove di usura con oscillazione controllata sono in accordo con tale variazione della COF.
Conclusione
L'avanzato sistema di carico pneumatico del Tribometro Nanovea T2000 possiede un vantaggio intrinseco come smorzatore di vibrazioni naturalmente rapido rispetto ai tradizionali sistemi a carico morto. Questo vantaggio tecnologico dei sistemi pneumatici è vero rispetto ai sistemi a carico controllato che utilizzano una combinazione di servomotori e molle per applicare il carico. Questa tecnologia garantisce una valutazione dell'usura affidabile e meglio controllata a carichi elevati, come dimostrato in questo studio. Inoltre, il sistema di carico attivo ad anello chiuso può modificare il carico normale a un valore desiderato durante i test di usura per simulare le applicazioni reali viste nei sistemi frenanti.
Invece di subire l'influenza di condizioni di vibrazione incontrollate durante i test, abbiamo dimostrato che il tribometro Nanovea T2000 a carico dinamico consente agli utenti di valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di oscillazione controllata. Le vibrazioni giocano un ruolo significativo nel comportamento all'usura dei campioni di rivestimento metallico e ceramico.
Il modulo di carico oscillante ad elettromagneti paralleli fornisce oscillazioni controllate con precisione ad ampiezze e frequenze prestabilite, consentendo agli utenti di simulare il processo di usura in condizioni reali, quando le vibrazioni ambientali sono spesso un fattore importante. In presenza di oscillazioni imposte durante l'usura, sia i campioni di Cu che quelli di rivestimento TiN mostrano un tasso di usura sostanzialmente aumentato. L'evoluzione del coefficiente di attrito e lo spostamento dello stilo misurato in situ sono indicatori importanti per le prestazioni del materiale durante le applicazioni tribologiche. Il profilometro 3D senza contatto integrato offre uno strumento per misurare con precisione il volume di usura e analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura in pochi secondi, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale del meccanismo di usura.
Il T2000 è dotato di un motore autotarato, di alta qualità e ad alta coppia, con una velocità interna a 20 bit e un encoder di posizione esterno a 16 bit. Ciò consente al tribometro di fornire una gamma ineguagliata di velocità di rotazione, da 0,01 a 5000 giri/min, che possono variare a scatti graduali o in modo continuo. A differenza dei sistemi che utilizzano un sensore di coppia posizionato in basso, il tribometro Nanovea utilizza una cella di carico ad alta precisione posizionata in alto per misurare accuratamente e separatamente le forze di attrito.
I tribometri Nanovea offrono test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM (compresi i test con 4 sfere, rondelle di spinta e blocchi su anelli), con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. La gamma impareggiabile di Nanovea T2000 è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
PARLIAMO ORA DELLA VOSTRA APPLICAZIONE
Effetto dell'umidità sulla tribologia del rivestimento DLC
Importanza della valutazione dell'usura su DLC in condizioni di umidità
I rivestimenti in carbonio simile al diamante (DLC) possiedono proprietà tribologiche migliorate, ovvero un'eccellente resistenza all'usura e un coefficiente di attrito (COF) molto basso. I rivestimenti DLC conferiscono caratteristiche del diamante quando depositati su materiali diversi. Le favorevoli proprietà tribomeccaniche rendono preferibili i rivestimenti DLC in varie applicazioni industriali, come parti aerospaziali, lame di rasoio, utensili per il taglio dei metalli, cuscinetti, motori motociclistici e impianti medici.
I rivestimenti DLC presentano un COF molto basso (inferiore a 0,1) rispetto alle sfere d'acciaio in condizioni di vuoto spinto e asciutte12. Tuttavia, i rivestimenti DLC sono sensibili alle variazioni delle condizioni ambientali, in particolare all'umidità relativa (RH).3. Ambienti con elevata umidità e concentrazione di ossigeno possono portare a un aumento significativo della COF.4. La valutazione affidabile dell'usura in umidità controllata simula condizioni ambientali realistiche dei rivestimenti DLC per applicazioni tribologiche. Gli utenti selezionano i migliori rivestimenti DLC per le applicazioni target con un confronto adeguato
dei comportamenti di usura del DLC esposto a diversi livelli di umidità.
Obiettivo di misurazione
Questo studio mette in mostra la Nanovea Tribometro dotato di un regolatore di umidità è lo strumento ideale per studiare il comportamento all'usura dei rivestimenti DLC a vari livelli di umidità relativa.
Procedura di prova
La resistenza all'attrito e all'usura dei rivestimenti DLC è stata valutata dal tribometro Nanovea. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Un controller di umidità collegato alla tribocamera controllava con precisione l'umidità relativa (RH) con una precisione di ±1%. Dopo i test, le tracce di usura sui rivestimenti DLC e le cicatrici di usura sulle sfere SiN sono state esaminate utilizzando un microscopio ottico.
Nota: è possibile applicare qualsiasi materiale solido per le sfere per simulare le prestazioni di accoppiamenti di materiali diversi in condizioni ambientali come lubrificante o temperatura elevata.
Risultati e discussione
I rivestimenti DLC sono ottimi per le applicazioni tribologiche grazie al loro basso attrito e alla superiore resistenza all'usura. L'attrito del rivestimento DLC presenta un comportamento dipendente dall'umidità, come illustrato nella Figura 2. Il rivestimento DLC mostra un COF molto basso, pari a ~0,05, per tutta la durata del test di usura in condizioni relativamente secche (10% RH). Il rivestimento DLC mostra un COF costante di ~0,1 durante il test quando l'UR aumenta a 30%. La fase iniziale di rodaggio del COF si osserva nei primi 2000 giri quando l'UR sale oltre 50%. Il rivestimento DLC mostra un COF massimo di ~0,20, ~0,26 e ~0,33 con UR di 50, 70 e 90%, rispettivamente. Dopo il periodo di rodaggio, il COF del rivestimento DLC rimane costante a ~0,11, 0,13 e 0,20 con UR di 50, 70 e 90%, rispettivamente.
La Figura 3 confronta le cicatrici di usura delle sfere SiN e la Figura 4 confronta le tracce di usura del rivestimento DLC dopo i test di usura. Il diametro della cicatrice da usura era più piccolo quando il rivestimento DLC era esposto a un ambiente con bassa umidità. Lo strato di DLC si accumula sulla superficie della sfera SiN durante il processo di scorrimento ripetitivo sulla superficie di contatto. In questa fase, il rivestimento DLC scivola contro il proprio strato di trasferimento che agisce come un efficiente lubrificante per facilitare il movimento relativo e limitare l'ulteriore perdita di massa causata dalla deformazione da taglio. Si osserva un film di trasferimento nella cicatrice di usura della sfera SiN in ambienti a bassa UR (ad es. 10% e 30%), con conseguente processo di usura decelerato sulla sfera. Questo processo di usura si riflette sulla morfologia della pista di usura del rivestimento DLC, come mostrato nella Figura 4. Il rivestimento DLC presenta una pista di usura più piccola. Il rivestimento DLC presenta una traccia di usura più piccola in ambienti asciutti, grazie alla formazione di un film di trasferimento DLC stabile all'interfaccia di contatto che riduce significativamente l'attrito e il tasso di usura.
Conclusione
L'umidità gioca un ruolo vitale nelle prestazioni tribologiche dei rivestimenti DLC. Il rivestimento DLC possiede una resistenza all'usura significativamente migliorata e un basso attrito superiore in condizioni asciutte grazie alla formazione di uno strato grafitico stabile trasferito sulla controparte scorrevole (una sfera SiN in questo studio). Il rivestimento DLC scorre contro il proprio strato di trasferimento, che agisce come un lubrificante efficiente per facilitare il movimento relativo e limitare l'ulteriore perdita di massa causata dalla deformazione di taglio. Non si osserva una pellicola sulla sfera SiN con l'aumento dell'umidità relativa, portando ad un aumento del tasso di usura sulla sfera SiN e sul rivestimento DLC.
Il tribometro Nanovea offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotativa e lineare conformi a ISO e ASTM, con moduli di umidità opzionali disponibili in un unico sistema preintegrato. Consente agli utenti di simulare l'ambiente di lavoro con diversa umidità, fornendo agli utenti uno strumento ideale per valutare quantitativamente i comportamenti tribologici dei materiali in diverse condizioni di lavoro.
Per saperne di più sul Tribometro Nanovea e sul servizio di laboratorio
1 C. Donnet, Surf. Coat. Technol. 100-101 (1998) 180.
2 K. Miyoshi, B. Pohlchuck, K.W. Street, J.S. Zabinski, J.H. Sanders, A.A. Voevodin, R.L.C. Wu, Wear 225-229 (1999) 65.
3 R. Gilmore, R. Hauert, Surf. Coat. Technol. 133-134 (2000) 437.
4 R. Memming, H.J. Tolle, P.E. Wierenga, Thin Solid Coatings 143 (1986) 31
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Valutazione dell'attrito a velocità estremamente basse
Importanza della valutazione dell'attrito a basse velocità
L'attrito è la forza che resiste al movimento relativo di superfici solide che scivolano l'una contro l'altra. Quando si verifica il movimento relativo di queste due superfici a contatto, l'attrito all'interfaccia converte l'energia cinetica in calore. Questo processo può anche portare all'usura del materiale e quindi al degrado delle prestazioni dei componenti in uso.
Grazie all'ampio rapporto di elasticità, all'elevata resilienza, alle grandi proprietà di impermeabilità e alla resistenza all'usura, la gomma è ampiamente applicata in una varietà di applicazioni e prodotti in cui l'attrito svolge un ruolo importante, come i pneumatici delle automobili, le spazzole dei tergicristalli, le suole delle scarpe e molti altri. A seconda della natura e dei requisiti di queste applicazioni, si desidera un attrito elevato o ridotto contro i diversi materiali. Di conseguenza, diventa fondamentale una misurazione controllata e affidabile dell'attrito della gomma contro varie superfici.
Obiettivo di misurazione
Il coefficiente di attrito (COF) della gomma rispetto a diversi materiali viene misurato in modo controllato e monitorato utilizzando Nanovea Tribometro. In questo studio, vorremmo mostrare la capacità del Tribometro Nanovea di misurare il COF di diversi materiali a velocità estremamente basse.
Risultati e discussione
Il coefficiente di attrito (COF) delle sfere di gomma (diametro 6 mm, RubberMill) su tre materiali (acciaio inox SS 316, Cu 110 e acrilico opzionale) è stato valutato dal tribometro Nanovea. I campioni metallici testati sono stati lucidati meccanicamente fino a ottenere una finitura superficiale a specchio prima della misurazione. La leggera deformazione della sfera di gomma sotto il carico normale applicato ha creato un'area di contatto che contribuisce a ridurre l'impatto delle asperità o delle disomogeneità della finitura superficiale del campione sulle misurazioni COF. I parametri della prova sono riassunti nella Tabella 1.
La COF di una sfera di gomma contro diversi materiali a quattro diverse velocità è mostrata nella Figura 2, mentre le COF medie calcolate automaticamente dal software sono riassunte nella Figura 3. 2, mentre le COF medie calcolate automaticamente dal software sono sintetizzate e confrontate nella Figura 3. È interessante notare che i campioni metallici (SS 316 e Cu 110) mostrano un aumento significativo delle COF all'aumentare della velocità di rotazione da un valore molto basso di 0,01 rpm a 5 rpm - il valore di COF della coppia gomma/SS 316 aumenta da 0,29 a 0,8 e da 0,65 a 1,1 per la coppia gomma/Cu 110. Questo dato è in accordo con i risultati ottenuti con il software. Questo dato è in accordo con i risultati riportati da diversi laboratori. Come proposto da Grosch4 l'attrito della gomma è determinato principalmente da due meccanismi: (1) l'adesione tra la gomma e l'altro materiale e (2) le perdite di energia dovute alla deformazione della gomma causata dalle asperità della superficie. Schallamach5 osservato onde di distacco della gomma dal materiale di contrasto attraverso l'interfaccia tra sfere di gomma morbida e una superficie dura. La forza con cui la gomma si stacca dalla superficie del substrato e la velocità delle onde di distacco possono spiegare il diverso attrito a diverse velocità durante il test.
In confronto, la coppia gomma/materiale acrilico mostra un'elevata COF a diverse velocità di rotazione. Il valore di COF aumenta leggermente da ~ 1,02 a ~ 1,09 con l'aumento della velocità di rotazione da 0,01 rpm a 5 rpm. Questo valore elevato di COF è probabilmente attribuito a un più forte legame chimico locale sulla superficie di contatto formatosi durante i test.
Conclusione
In questo studio, dimostriamo che a velocità estremamente basse, la gomma presenta un comportamento di attrito peculiare: il suo attrito contro una superficie dura aumenta con l'aumentare della velocità del movimento relativo. La gomma mostra un attrito diverso quando scivola su materiali diversi. Il Tribometro Nanovea è in grado di valutare le proprietà di attrito dei materiali in modo controllato e monitorato a diverse velocità, consentendo agli utenti di migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di attrito dei materiali e di selezionare la migliore coppia di materiali per applicazioni mirate di ingegneria tribologica.
Il tribometro Nanovea offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando modalità rotative e lineari conformi alle norme ISO e ASTM, con moduli opzionali per l'usura ad alta temperatura, la lubrificazione e la tribocorrosione disponibili in un unico sistema pre-integrato. È in grado di controllare la fase di rotazione a velocità estremamente basse, fino a 0,01 rpm, e di monitorare l'evoluzione dell'attrito in situ. La gamma impareggiabile di Nanovea è la soluzione ideale per determinare l'intera gamma di proprietà tribologiche di rivestimenti, film e substrati sottili o spessi, morbidi o duri.
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Tribologia dei polimeri
Introduzione
I polimeri sono stati ampiamente utilizzati in un'ampia varietà di applicazioni e sono diventati una parte indispensabile della vita quotidiana. I polimeri naturali, come l'ambra, la seta e la gomma naturale, hanno svolto un ruolo essenziale nella storia dell'umanità. Il processo di fabbricazione dei polimeri sintetici può essere ottimizzato per ottenere proprietà fisiche uniche come la tenacità, la viscoelasticità, l'autolubrificazione e molte altre.
Importanza dell'usura e dell'attrito dei polimeri
I polimeri sono comunemente utilizzati per applicazioni tribologiche, come pneumatici, cuscinetti e nastri trasportatori.
A seconda delle proprietà meccaniche del polimero, delle condizioni di contatto e delle proprietà dei detriti o del film di trasferimento che si formano durante il processo di usura, si verificano diversi meccanismi di usura. Per garantire che i polimeri abbiano una sufficiente resistenza all'usura nelle condizioni di servizio, è necessaria una valutazione tribologica affidabile e quantificabile. La valutazione tribologica ci permette di confrontare quantitativamente il comportamento all'usura di diversi polimeri in modo controllato e monitorato, per selezionare il materiale candidato per l'applicazione desiderata.
Il tribometro Nanovea offre test ripetibili di usura e attrito utilizzando modalità rotative e lineari conformi agli standard ISO e ASTM, con moduli opzionali di usura e lubrificazione ad alta temperatura disponibili in un unico sistema pre-integrato. Questa gamma impareggiabile consente agli utenti di simulare i diversi ambienti di lavoro dei polimeri, tra cui le sollecitazioni concentrate, l'usura, le alte temperature, ecc.
OBIETTIVO DI MISURAZIONE
In questo studio, abbiamo dimostrato che Nanovea Tribometro è uno strumento ideale per confrontare la resistenza all'attrito e all'usura di diversi polimeri in modo ben controllato e quantitativo.
PROCEDURA DI PROVA
Il coefficiente di attrito (COF) e la resistenza all'usura di diversi polimeri comuni sono stati valutati dal tribometro Nanovea. Come contromateriale (perno, campione statico) è stata utilizzata una sfera di Al2O3. Le tracce di usura sui polimeri (campioni rotanti dinamici) sono state misurate utilizzando a Profilometro 3D senza contatto e microscopio ottico al termine delle prove. Va notato che, come opzione, è possibile utilizzare un sensore endoscopico senza contatto per misurare la profondità di penetrazione del perno nel campione dinamico durante un test di usura. I parametri del test sono riepilogati nella Tabella 1. Il tasso di usura, K, è stato valutato utilizzando la formula K=Vl(Fxs), dove V è il volume usurato, F è il carico normale e s è la distanza di scorrimento.
Si noti che in questo studio sono state utilizzate sfere di Al2O3 come materiale di contrasto. È possibile sostituire qualsiasi materiale solido per simulare più fedelmente le prestazioni di due campioni in condizioni di applicazione reali.
RISULTATI E DISCUSSIONE
Il tasso di usura è un fattore vitale per determinare la durata di vita dei materiali, mentre l'attrito gioca un ruolo critico nelle applicazioni tribologiche. La Figura 2 confronta l'evoluzione del COF per diversi polimeri rispetto alla sfera di Al2O3 durante i test di usura. Il COF è un indicatore del momento in cui si verificano i guasti e il processo di usura entra in una nuova fase. Tra i polimeri testati, l'HDPE mantiene il COF costante più basso, pari a ~0,15, per tutta la durata del test di usura. Il COF regolare implica la formazione di un contatto tribale stabile.
Le Figure 3 e 4 confrontano le tracce di usura dei campioni di polimero dopo la misurazione al microscopio ottico. Il profilometro 3D senza contatto In-situ determina con precisione il volume di usura dei campioni di polimero, consentendo di calcolare accuratamente i tassi di usura di 0,0029, 0,0020 e 0,0032m3/N m, rispettivamente. In confronto, il campione di CPVC mostra il tasso di usura più elevato, pari a 0,1121m3/N m. Nella traccia di usura del CPVC sono presenti profonde cicatrici di usura parallele.
CONCLUSIONE
La resistenza all'usura dei polimeri gioca un ruolo fondamentale nelle loro prestazioni di servizio. In questo studio, abbiamo dimostrato che il Tribometro Nanovea valuta il coefficiente di attrito e il tasso di usura di diversi polimeri in un
in modo ben controllato e quantitativo. L'HDPE mostra il COF più basso, pari a ~0,15, tra i polimeri testati. I campioni di HDPE, Nylon 66 e Polipropilene possiedono bassi tassi di usura, rispettivamente pari a 0,0029, 0,0020 e 0,0032 m3/N m. La combinazione di basso attrito e grande resistenza all'usura rende l'HDPE un buon candidato per le applicazioni tribologiche dei polimeri.
Il profilometro 3D senza contatto in situ consente di misurare con precisione il volume dell'usura e offre uno strumento per analizzare la morfologia dettagliata delle tracce di usura, fornendo maggiori informazioni sulla comprensione fondamentale dei meccanismi di usura.
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Misura continua della curva di Stribeck con il tribometro a pin su disco
Introduzione:
Quando si applica la lubrificazione per ridurre l'usura/attrito delle superfici in movimento, il contatto di lubrificazione all'interfaccia può passare da diversi regimi come la lubrificazione limite, mista e idrodinamica. Lo spessore del film fluido gioca un ruolo fondamentale in questo processo, determinato principalmente dalla viscosità del fluido, dal carico applicato all'interfaccia e dalla velocità relativa tra le due superfici. Il modo in cui i regimi di lubrificazione reagiscono all'attrito è rappresentato dalla cosiddetta curva di Stribeck [1-4].
In questo studio dimostriamo per la prima volta la capacità di misurare una curva di Stribeck continua. Utilizzando la Nanovea Tribometro controllo avanzato della velocità senza scatti, da 15000 a 0,01 giri al minuto, entro 10 minuti il software fornisce direttamente una curva Stribeck completa. La semplice configurazione iniziale richiede solo che gli utenti selezionino la modalità rampa esponenziale e inseriscano le velocità iniziali e finali, invece di dover eseguire più test o programmare una procedura graduale a velocità diverse che richiedono l'unione dei dati per le misurazioni convenzionali della curva Stribeck. Questo progresso fornisce dati precisi durante la valutazione del regime di lubrificante e riduce sostanzialmente tempi e costi. Il test mostra un grande potenziale per essere utilizzato in diverse applicazioni di ingegneria industriale.
Confronto tra gocce oculari lubrificanti con il tribometro Nanovea T50
Importanza di testare le soluzioni per le gocce oculari
Le soluzioni di collirio sono utilizzate per alleviare i sintomi causati da una serie di problemi oculari. Ad esempio, possono essere utilizzate per trattare piccole irritazioni oculari (ad esempio, secchezza e arrossamento), ritardare l'insorgenza del glaucoma o trattare le infezioni. Le soluzioni di collirio vendute al banco sono utilizzate principalmente per trattare la secchezza oculare. La loro efficacia nella lubrificazione dell'occhio può essere confrontata e misurata con un test del coefficiente di attrito.
La secchezza oculare può essere causata da un'ampia gamma di fattori, ad esempio l'affaticamento degli occhi al computer o la permanenza all'aperto in condizioni climatiche estreme. Un buon collirio lubrificante aiuta a mantenere e integrare l'umidità sulla superficie esterna degli occhi. Ciò contribuisce ad alleviare il disagio, il bruciore o l'irritazione e l'arrossamento associati alla secchezza oculare. Misurando il coefficiente di attrito (COF) di un collirio, è possibile determinarne l'efficacia lubrificante e il confronto con altre soluzioni.
Obiettivo di misurazione
In questo studio, il coefficiente di attrito (COF) di tre diverse soluzioni di collirio lubrificanti è stato misurato utilizzando la configurazione pin-on-disk sul tribometro Nanovea T50.
Procedura di test e procedure
Un perno sferico di 6 mm di diametro in allumina è stato applicato a un vetrino con ogni soluzione di collirio che fungeva da lubrificante tra le due superfici. I parametri di prova utilizzati per tutti gli esperimenti sono riassunti nella Tabella 1.
Risultati e discussione
I valori massimi, minimi e medi del coefficiente di attrito per le tre diverse soluzioni di collirio testate sono riportati nella Tabella 2. I grafici del COF in funzione delle rotazioni per ciascuna soluzione di collirio sono illustrati nelle Figure 2-4. La COF durante ogni test è rimasta relativamente costante per la maggior parte della durata totale del test. Il campione A ha registrato il COF medio più basso, indicando le migliori proprietà di lubrificazione.
Conclusione
In questo studio mostriamo la capacità del tribometro Nanovea T50 di misurare il coefficiente di attrito di tre soluzioni di collirio. Sulla base di questi valori, dimostriamo che il campione A ha un coefficiente di attrito inferiore e quindi presenta una migliore lubrificazione rispetto agli altri due campioni.
Nanovea Tribometri offre test di usura e attrito precisi e ripetibili utilizzando moduli rotanti e lineari conformi ISO e ASTM. Fornisce inoltre moduli opzionali antiusura ad alta temperatura, lubrificazione e tribocorrosione disponibili in un unico sistema preintegrato. Tale versatilità consente agli utenti di simulare meglio l'ambiente applicativo reale e di migliorare la comprensione fondamentale del meccanismo di usura e delle caratteristiche tribologiche di vari materiali.
